功率放大器非线性特性及预失真建模

数字预失真 (DPD)
数字预失真是一种数字信号处理技术，用于线性化功率放大器 (PA)。

PA 在高功率
等级下工作时会产生非线性失真，导致信号失真和频谱效率降低。

DPD 的原理
DPD 的基本原理是预失真输入信号，以补偿 PA 的非线性。

这可以通过以下步骤实现：
1.建模PA 非线性：测量PA 的幅度和相位响应，以创建其非线性特性的模型。

2.反演非线性：使用模型的逆函数预失真输入信号。

这将抵消 PA 的非线性，
产生线性化后的输出。

3.自适应调整：随着温度、功率水平和其他因素的变化，PA 的非线性特性会
发生变化。

DPD 算法必须不断调整，以确保持续的线性化。

DPD 算法类型
有各种不同的 DPD 算法，包括：
•模型参考 DPD：使用 PA 的详细物理模型。

•行为模型 DPD：使用更简单的数学模型，捕获 PA 的主要非线性。

•波形记忆 DPD：存储 PA 的过去输出，以预测和补偿非线性。

•神经网络 DPD：使用神经网络来近似 PA 的非线性。

优点
DPD 提供以下优点：
•降低信号失真
•提高频谱效率
•提高功率放大器的线性度
•延长 PA 的使用寿命
应用
DPD 广泛应用于各种无线通信系统，包括：
•移动电话
•基站
•雷达
•卫星通信
结论
数字预失真是一种强大的技术，用于线性化功率放大器。

它通过预失真输入信号来补偿 PA 的非线性，从而提高系统性能并延长 PA 的使用寿命。

各种 DPD 算法可提供不同的复杂度和性能权衡，使其适用于各种无线通信应用。

功率放大器非线性失真特性研究功率放大器是电子设备中一种重要的电路，可以将信号的电压或电流进行放大，并输出到外部电路中。

随着科学技术的不断发展，功率放大器的应用范围越来越广泛。

但是，功率放大器中存在着非线性失真的问题，这会对信号的传输产生负面影响。

本文将就功率放大器非线性失真特性进行深入探讨。

一、功率放大器的工作原理功率放大器主要由直流供电、输入信号放大、输出阶段等组成。

在工作时，信号被输入到输入端，并通过输入信号放大器进行放大，然后被输送到输出阶段，并从输出端输出。

在放大过程中，功率放大器需要保证输出信号与输入信号之间的线性关系，否则就会出现失真现象。

但是，有些因素会导致功率放大器出现非线性失真，如功率放大器本身的非线性特性、电容和电感等元件的非线性特性、信号的过载等。

二、功率放大器的非线性失真特性1.交叉失真交叉失真是指两个频率不同的信号在功率放大器内交叉产生失真引起的失真。

这种失真主要由功率放大器的非线性特性引起。

当两个不同频率的信号同时存在于功率放大器中时，会产生交叉相位，这会导致交叉失真的发生。

2.截止失真截止失真是指输出信号的幅度不能随着输入信号的幅度而无限制地增加。

当输入功率达到一定程度时，输出功率开始波动，无法再继续增加。

这种失真主要由功率放大器的内部电压限制引起，当电压超过一定限制时，输出信号的幅度就无法再随着输入信号的幅度而增加。

3.交调失真交调失真是指两个频率不同的信号在功率放大器内交互作用产生失真引起的失真。

当两个不同频率的信号同时作用于功率放大器时，会在放大器内产生交互作用，导致交调失真的发生。

三、功率放大器非线性失真控制方法1.负反馈负反馈是一种消除失真的方法，它可以通过将一部分输出信号输入到功率放大器的输入端进行控制，从而减小输出信号与输入信号之间的误差。

负反馈可以降低失真程度并提高整个系统的线性度，但它不能彻底消除失真。

2.滤波滤波是一种消除失真的方法，它可以将出现于功率放大器输出端的失真信号进行筛选，只保留有效信号而滤去失真信号。

RF放大器非线性测量技术--数字预失真效果随着无线通信技术的飞速发展，频谱利用率较高的调制方式得到了广泛应用，如PSK和QAM调制。

这些调制信号的一个共同特点是信号功率的平均值和包络峰值存在差异，峰均比（即峰值因子Crest Factor）较大，这要求放大器必须具有良好的线性特性，否则非线性影响，如互调失真，会导致频谱再生，进而产生邻道干扰。

在设计放大器，如WCDMA 多载波功率放大器时，要采用线性化技术来补偿放大器的非线性，从而提高放大器输出信号的频谱纯度，减少邻道干扰。

与此同时，我们还必须兼顾到放大器的工作效率。

线性化技术主要分为以下几类，如图1所示。

在放大器的设计中，一般都会将几种线性化技术结合在一起使用，以达到最佳的线性化效果。

图1 线性化技术分类数字预失真是预失真技术的一种，其基本原理如图2所示。

根据放大器的非线性特性（幅度和相位失真），对输入放大器的信号进行相反的失真处理，两个非线性失真功能相结合，就能够实现高度线性、无失真的系统。

在数字基带上进行预失真处理就是数字预失真；在模拟电路上进行预失真处理就是模拟预失真。

图2 数字预失真技术基本原理数字预失真技术的优势在于：工作在数字基带上，成本低，适应性强，还可以通过增加采样率和增大量化阶数来抵消高阶互调失真，可以使用简单高效的AB类放大器，避免前馈技术带来的复杂性、高成本和高功耗，显著提高放大器的线性和整体功效。

使用数字预失真技术的前提是必须准确测量得出放大器的非线性特性，进而才能根据放大器的非线性特性对输入的基带信号进行预失真处理。

但是，由于无线通信系统的信号带宽日益增加，如WCDMA四载波的带宽已达20MHz，用传统的窄带网络测量方法（如矢量网络分析仪），无法准确测量出宽带放大器在实际工。

FDM系统中功放非线性特性研究及预失真建模【摘要】通过建立Taylor多项式模型，研究功放在无记忆条件下的非线性特性。

采用归一化均方误差NMSE（Normalized Mean Square Error），确定模型的阶数。

应用一种新型多项式求逆的预失真模型，并对模型进行评价。

最后对预失真模型给出了实现的方法。

【关键词】Taylor多项式模型；NMSE；多项式求逆；预失真模型1.前言OFDM技术由于可以很好地克服无线信道的频率选择性衰落和多径干扰，使其已成为实现未来高速无线通信中最核心的技术之一。

采用OFDM技术传输的符号是多个子载波线性叠加，当输入存在相位一致时，会出现很大的峰均比，其包络具有较大的动态范围。

因此要求功率放大器也必须有较大的线性范围，当信号峰值落在功率放大器的非线性区域时就会发生信号的畸变，从而产生子载波间的互调干扰和带外辐射，破坏子载波间的正交性，降低系统性能。

这对功放的线性度提出了更高的要求。

目前主要是从两个方面对PAPR问题进行解决。

一方面是设法降低OFDM 信号PAPR的值。

另一方面是克服和改善功率放大器的非线性失真。

本文主要从克服和改善功率放大器的非线性失真入手。

目前业界已提出了各种技术来克服和改善功放的非线性失真，其中预失真技术是被研究和应用较多的一项新技术，预失真技术因其计算量小效果好为改善和克服功放的非线性失真提供了一条新途径。

其最新的研究成果已经被用于实际的产品（如无线通信系统等）。

但在新算法、实现复杂度、计算速度、效果精度等方面仍有相当的研究价值。

因此如何更好的表达功放的非线性特征和设计高效率的预失真模型成为了亟待解决的问题。

我们就是想通过预失真模型的建立使系统整体体现线性。

2.无记忆功放数学模型的建立由于多项式模型具有较强的自适应能力，所需的存储空间也较少，我们选择使用Taylor多项式模型进行建模求解。

它的输入输出关系可以表示为：3.Taylor多项式模型阶数的确定将1000个输入输出数据代入Taylor多项式模型后计算可得此功放的非线性特性，为了增加可信度和进行横向对比，经过参考国内外的相关文献，分别采取了3阶、5阶、7阶和9阶进行计算归一化均方误差：所得结果如下：图1为使用Matlab7对数据进行拟合的曲线图，在这里我们采用的是输入数据的幅值和输出信号的幅值。

基于Matlab的功放非线性及预失真建模作者：何琳琳王阳来源：《无线互联科技》2013年第09期摘要：在无线通信系统中，由于功率放大器本身非线性失真，引起信号带外频谱扩展和带内信号失真，从而造成邻道干扰。

结合实际输入输出数据，利用Matlab拟合出无记忆功放特性函数，再针对功率放大器非线性特性对功放建立符合实际情况的预失真处理模型。

关键词：非线性失真；无记忆功放；预失真处理功放输出信号相对于输入信号可能产生非线性变形，这将带来干扰信号，影响信信息正确传递和接收，此现象称为非线性失真。

传统电路设计上，可通过降低输出功率的方式减轻非线性失真效应。

功放非线性属于有源电子器件的固有特性，研究其机理并采取措施改善，具有重要意义。

1 问题分析从数学建模的角度进行探索，若记输入信号x（t），输出信号为z（t），t为时间变量，则功放非线性在数学上可表示为z（t）=G（x（t）），其中G为非线性函数。

预失真的基本原理是：在功放前设置一个预失真处理模块，这两个模块的合成总效果使整体输入-输出特性线性化。

原理框图如图1所示。

根据建模需要，一要假定信号强度与相位无关，二要假定功率输出存在饱和电平。

2 无记忆功放模型建立⑴理论分析。

由于各类功放的固有特性不同，特性函数G（）差异较大，即使同一功放，由于输入信号类型、环境温度等的改变，非线性特性也发生变化。

根据函数逼近定理，对解析函数G（x）总可以用一个次数充分大的多项式逼近到任意程度，故可用计算简单的多项式表示非线性函数。

如果某一时刻的输出仅与此时刻的输入相关，称为无记忆功放，其特性可表示为：式中K表示非线性阶数，hk为各次幂系数。

⑵计算结果评价。

模型的数值计算结果业界常用NMSE、EVM等参数评价其准确度。

归一化均方误差（Normalized Mean Square Error，NMSE）来表征计算精度，用EVM衡量整体模型对信号的幅度失真程度，表达式分别为：⑶功放多项式拟合。

模拟电子技术基础知识功率放大器的失真原因与校正技术研究功率放大器在模拟电子技术中扮演着重要的角色，用于放大信号的功率。

然而，功率放大器在实际应用中常常存在着失真问题，这会对信号的准确传输产生负面影响。

本文将探讨功率放大器的失真原因以及现有的校正技术。

一、功率放大器的失真原因1. 非线性失真功率放大器的核心特性是将输入信号的幅度放大到期望的输出幅度。

然而，在高功率放大的过程中，放大器可能会表现出非线性的响应特性，使得输出信号的波形畸变。

这种失真是由于非线性元件（如晶体管等）的非线性特性引起的。

2. 失真源的存在功率放大器系统中，除了放大器本身，还会引入其他部件和电路，如滤波器、耦合电容等。

这些元件可能会引入各种失真，例如相位失真、频率失真等。

3. 热失真功率放大器在工作时会产生大量的热量，这可能导致器件温度的升高。

由于器件的特性随温度变化，因此功率放大器的性能可能受到热失真的影响。

热失真可能导致输出信号的频率响应变化、失真增加等问题。

二、功率放大器失真的校正技术为了解决功率放大器的失真问题，现有的技术提出了多种校正方法，以下为几种常见的校正技术。

1. 反馈校正技术反馈校正技术是一种常见且有效的失真校正方法。

该方法通过引入反馈路径，将输出信号与输入信号进行比较，并将误差信号反馈给放大器的控制电路。

通过调节控制电路来减小失真，使输出信号更接近于输入信号。

2. 预失真技术预失真技术是一种通过预先对输入信号进行处理的方法来减小功率放大器的失真。

该方法通过在输入信号上添加补偿信号，使得放大器对输入信号的非线性响应得到补偿。

预失真技术需要对放大器进行精确建模，以便生成适当的补偿信号。

3. 自适应校正技术自适应校正技术是一种根据实时信号和系统状态对放大器进行动态调整的方法。

该技术基于反馈机制，通过在放大器中引入传感器和自适应算法，实现对失真的实时监测和修正。

自适应校正技术能够根据不同的工作条件和环境自动调整，提高系统的稳定性和性能。

宽带非线性功放的基带数字预失真系统研究与实现现代移动通信中射频功放固有的非线性特性对无线发射机的整体性能有着重大的影响。

为了解决功放天然具有的线性度与效率之间的矛盾,人们展开了广泛的研究。

而数字预失真因其灵活而低成本的优势从众多线性化技术中脱颖而出,成为了许多商用发射机采用的一个主流线性化技术。

本文的主要内容包括了数字预失真算法研究、仿真验证以及FPGA实现。

在详细分析了各种模型以及算法之后,围绕低复杂度的实现技术展开了研究。

首先,论文针对各种功放模型,采用记忆多项式预失真模型,应用RLS、LMS、NLMS等预失真处理算法,结合削峰处理技术完成了预失真处理仿真,并进行了性能评估,提出了新的时延矫正算法。

其次,重点研究了基于欠采样的宽带数字预失真技术,并进行了仿真分析。

与其他宽带数字预失真系统相比,本文的基于欠采样的处理方法能极大的降低反馈回路对ADC的速率要求,从而达到减少硬件开销,降低成本的作用。

再次,搭建了VSG-FSA(矢量信号发生器和矢量信号分析仪)半实物验证平台,采用WCDMA和LTE信号以及功放进行性能验证。

最后在FPGA中进行了实现技术研究。

采用System Generator的FPGA开发方式搭建了基于查找表和NLMS算法的预失真系统,并在Simulink环境下验证了效果;同时还搭建了基于记忆多项式和多通道数字上变频的预失真系统,在FPGA中进行了实物验证。

功率放大器非线性特性及预失真付丽萍【期刊名称】《工业控制计算机》【年(卷),期】2015(0)5【摘要】建立了无记忆的功放的非线性模型，分析功率放大器的非线性特性、产生失真的情况及误差。

设计无记忆的预失真系统，用于抵消因功放造成的非线性干扰，并实现从输入到输出的线性化。

基于距离本抽样值较远的不同间隔的几个抽样值来收集功放记忆效应，建立具有稀疏延迟抽头的有记忆的功放非线性模型。

改进Volterra级数预失真模型，辨识多项式、建立相应的辨识模型，采用间接地辨识方法进行预失真模型的设计，并通过MATLAB建模仿真，验证设计模型的有效性。

%This paper main study the nonlinear model of memoryless power amplifiers is established,the nonlinear properties of power amplifiers and the situation of producing the predistortion and the error are analyzing,and the pre-distortion system of memoryless,which can be used to offset the nonlinear disturbance of due to the power amplifier and implementing the linearization of input to the output is designed.Based on the memory effect of col ecting by several sample values which far from the sampling values and in the different interval,the model of memory power amplifier with the sparse tap delay mem-ory is established in this paper.【总页数】4页(P148-150,152)【作者】付丽萍【作者单位】浙江理工大学，浙江杭州 310018【正文语种】中文【相关文献】1.非记忆性功率放大器非线性特性的预失真建模 [J], 马露露;于志安2.无记忆功率放大器非线性特性及预失真建模 [J], 彭士宁;周舟3.基于多项式模型的功率放大器非线性特性和预失真分析 [J], 贺东海4.功率放大器非线性特性及预失真建模研究 [J], 王金友;金巧;孙汉5.无记忆功率放大器非线性特性及预失真建模 [J], 彭士宁;周舟;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于数字预失真技术的相移功率放大器非线性分析和修正摘要：本文提出了一种关于功率放大器相移的的非线性原因的综合理论与实验分析。

相移分解产生了重要的负载牵引效应并且第一次研究了Chireix合成器。

在LINC系统中关于两个功率放大器行为效应作为一个主要的非线性源头得到了证实。

此外，本文建议采用预失真技术来对非线性行为的建模应用。

关键词：LINC，相移，非线性，预失真，负载调制，Chireix合成器1、引言无线通信应用的增值和多样化本质上增长了无线网络频谱的利用。

结果，移动性成为一个具有条真行的设计标准之一，这个设计标准使电池的使用寿命显得越来越重要。

除了世界范围的主动来增加电池容量外，为了延长移动设备中电池寿命和降低基站功率消耗，几个研究实验室聚焦在改进射频发射机的功率转化效率。

在过去的二十年，使用回馈和模拟或数字预失真的功率放大器非线性技术是非常流行的，它们能提高在功率放大器的功率转换效率和线性化的权衡。

然而，附加效率性能不是尽如人意特别是在最新几代的无线标准中使用的高度不同的包络信号。

为了实现高效率，最近的研究集中在使用具有高效率和高线性化功放的先进发射机结构，它们工作在B、C类或开关状态。

在别的技术中，基于发射的调制和非线性器件的放大时最流行的。

这些技术都将幅度和县委调制信号转换成常数幅度信号来保证在相位放大中良好的线性度。

在调制发射中，它们实际实现时还是受到了共的数字处理器速度和高的模拟滤波器Q值的挑战。

LINC技术在1935年提出，1974年得到了Cox的修正。

图1所示即分解振幅和相位已调信号为两个相位调制信号的技术。

每个信号都能通过高线性或开关型功率放大器得到放大。

在功率放大器的输出处功率合成器将信号垂直相加来回复原始信号的放大调制。

图1、LINC结构图和信号分解原理字面上能用LINC技术来区分两种不同的功率合成器：隔离的和非隔离的合成器。

隔离合成器或混合隔离器在任何输入输出端口与输入信号的相位和振幅独立地被匹配。